DE202016008461U1 - Stator eines Elektromotors und Elektromotor - Google Patents

Abstract

Stator (10) eines Elektromotors mit mindestens einer mehrphasigen Drehfeldwicklung (38, 38a, 38b, 38c, 38d), mit einer geradzahligen Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen (16), auf welche Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) mit zumindest zwei unterschiedlichen Windungszahlen und unterschiedlichem Spulendrahtdurchmesser aufgebracht sind,
– wobei Spulenwicklungen (A, A‘, B, B‘, C, C‘) einer ersten Spulensorte (48) eine größere Windungszahl und einen kleineren Spulendrahtdurchmesser aufweisen als die Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘,) einer zweiten Spulensorte (47),
– wobei die Statorzähne (16) abwechselnd mit den Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) der ersten und zweiten Spulensorte (47, 48) bestückt sind, und
– wobei die Spulenenden (40, 42, 44, 46) der Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) zu der mindestens einen mehrphasigen Drehfeldwicklung (38, 38a, 38b, 38c, 38d) miteinander verschaltet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor mit mindestens einer mehrphasigen Drehfeldwicklung, mit einer Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen, auf welche Spulenwicklungen aufgebracht sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen mit einem derartigen Stator versehenen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
• Elektromotorisch an- oder betriebene Verstellsysteme als Kraftfahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Fensterheber, Sitzverstellungen, Tür- und Schiebedachantriebe oder Kühlerlüfterantriebe sowie Pumpen und Innenraumgebläse weisen typischerweise einen elektrischen Antrieb mit einem gesteuerten Elektromotor auf. Für solche elektromotorische Antriebe werden zunehmend häufig sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürstenelemente eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.
• Ein derartiger bürstenloser Elektromotor als elektrische Drehstrommaschine weist einen Stator mit einem Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf, welche eine elektrische Drehfeldwicklung in Form einzelner (Stator-)Spulen beziehungsweise Spulenwicklungen tragen, welche ihrerseits aus einem Isolierdraht (Spulendraht) gewickelt sind. Die Spulenwicklungen sind mit deren Spulenenden einzelnen (Motor-)Strängen oder (Motor-)Phasen zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet.
• Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige Drehstrommaschine weist der Stator drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor oder Läufer rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors an eine Motorelektronik geführt. Die Spulenwicklungen der Drehfeldwicklung werden mittels der Phasenenden in bestimmter Weise miteinander verschaltet. Die Art der Verschaltung der Phasenwicklungen ist durch das Wickelschema beziehungsweise den Wicklungsaufbau der Drehfeldwicklung bestimmt, wobei als Wickelschema eine Sternschaltung, eine Dreiecksschaltung oder eine Kombination hieraus üblich ist.
• Aus der DE 10 2012 020 109 A1 ist ein Elektromotor mit einem Stator bekannt, bei welchem die spulenbildenden Schlaufen des Spulendrahts über mehrere Statorzähne hinweg seriell bewickelt sind, wobei die getragene Windungszahl benachbarter Statorzähne unterschiedlich ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stator eines Elektromotors anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein mit einem derartigen Stator versehenen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben.
• Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
• Der erfindungsgemäße Stator ist für einen insbesondere bürstenlosen Elektromotor geeignet und ausgestaltet. Der Stator weist mindestens eine mehrphasige Drehfeldwicklung sowie eine geradzahligen Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen auf. Auf die Statorzähne sind Spulenwicklungen aus einem Isolierdraht (Spulendraht) mit einem kreisrunden Spulendrahtdurchmesser gewickelt. Hierbei sind zumindest zwei unterschiedliche Spulentypen oder Spulensorten vorgesehen, welche sich in einer die Spulen oder Spulenwicklungen bildenden Wicklungs- oder Windungszahl und dem Spulendrahtdurchmesser unterscheiden. Mit anderen Worten sind die Statorzähne somit mit mindestens zwei unterschiedlichen Typen oder Sorten von Einzelspulen bestückt, wobei jeder Statorzahn eine derartige Einzelspule trägt.
• Die Spulenwicklungen der ersten Spulensorte weisen hierbei eine größere Windungszahl und einen kleineren Spulendrahtdurchmesser auf als die Spulenwicklungen der zweiten Spulensorte. Die Statorzähne sind entlang einer Umfangs- oder Azimutalrichtung abwechselnd mit den Spulenwicklungen der ersten und zweiten Spulensorte bestückt. Aufgrund der geradzahligen Anzahl von Statorzähnen sind somit im Wesentlichen jeweils Spulenwicklungen der gleichen Spulensorte diametral gegenüberliegend auf den Statorzähnen angeordnet. Die Spulenenden der Spulenwicklungen sind zu der mindestens einen mehrphasigen Drehfeldwicklung miteinander verschaltet.
• Durch die abwechselnde Bestückung der Statorzähne mit Einzelspulen beziehungsweise Spulenwicklungen der ersten und zweiten Spulensorte ist ein besonders geeigneter Stator realisiert. Die Statorzähne sind mittels Nuten (Statornuten) voneinander getrennt, wobei aufgrund der Verwendung zweier Spulensorten eine bessere Nutzung des durch die Nuten freigestellten Wickelraums ermöglicht wird. Durch die Spulenwicklungen mit unterschiedlichen Windungszahlen und Spulendrahtdurchmesser ist somit eine vorteilhafte und einfache Verlegung der Spulendrähte im Stator gewährleistet, wodurch der Füllfaktor der dadurch gebildeten Drehfeldwicklung verbessert wird. Insbesondere ist aufgrund der beiden Spulensorten somit eine Leistungssteigerung des Elektromotors bei gleichbleibender Baugröße beziehungsweise eine Kosten-Bauraum-Reduktion bei gleicher Leistung ermöglicht.
• Mit anderen Worten ist eine besonders dichte und kompakte Drehfeldwicklung mit einem besonders hohen Füllfaktor bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten ermöglicht. Durch die Erhöhung des Füllfaktors wird eine größere Leistungsdichte der Drehfeldwicklung sichergestellt, die sich weiterhin vorteilhaft auf Einsparungen von Material, Gewicht, Bauraum und/oder Wickelraum überträgt.
• In einer geeigneten Weiterbildung weisen die Spulenwicklungen der ersten Spulensorte eine Windungszahl auf, die um einen Faktor proportional zur Wurzel aus Drei ( ∝ √3 ) größer ist als die Windungszahl der Spulenwicklungen der zweiten Spulensorte. Dadurch ist eine geeignete Nutzung des Wickelraums im Stator ermöglicht.
• Unter Berücksichtigung einer etwa 20%-tigen Abweichung der Windungsanzahl zwischen der ersten und zweiten Spulensorte befindet sich die Windungsanzahl der ersten Spulensorte in einer möglichen Weiterbildungsform somit insbesondere zwischen 0,8 und 1,2 multipliziert mit der Windungsanzahl der Spulenwicklungen der zweiten Sorte multipliziert mit Wurzel aus Drei. Die Spulenwicklung der ersten Spulensorte weist somit geeigneterweise etwa eine 1,39- bis 2,08-fache Anzahl an Spulenwindungen auf als die zweite Spulensorte.
• In einer vorteilhaften Ausführung ist der Spulendrahtdurchmessers der Spulenwicklungen der ersten Spulensorte um einen Faktor invers proportional zur Wurzel aus Drei ( ∝ 1√3 ) kleiner ist als der Spulendrahtdurchmessers der Spulenwicklungen der zweiten Spulensorte. Dadurch wird eine besonders geeignete und raumeffektive Nutzung des Wickelraums im Stator gewährleistet.
• Unter Berücksichtigung einer etwa 20%-tigen Abweichung der Windungsanzahl zwischen der ersten und zweiten Spulensorte befindet sich der Spulendrahtdurchmessers der ersten Spulensorte in einer möglichen Ausführungsform somit insbesondere zwischen 0,8 und 1,2 multipliziert mit dem Spulendrahtdurchmessers der Spulenwicklungen der zweiten Sorte multipliziert mit dem Bruch (Quotient) Eins durch Wurzel aus Drei. Die Spulenwicklung der ersten Spulensorte weist somit geeigneterweise einen Spulendraht mit einem etwa 0,46- bis 0,69-fach geringeren Spulendrahtdurchmesser auf als die zweite Spulensorte.
• In einer bevorzugten Anwendung sind die Spulenwicklungen in einer kombinierten Stern-Dreiecksschaltung (YΔ-Schaltung) zu einer dreiphasigen Drehfeldwicklung miteinander verschaltet. Dadurch wird ein besonders effektiver Motorbetrieb des Elektromotors ermöglicht.
• Insbesondere in einer Ausführungsform, in welcher die erste Spulensorte eine um den Faktor proportional zur Wurzel aus Drei größere Windungszahl sowie einen um den Faktor invers proportional zur Wurzel aus Drei kleineren Spulendrahtdurchmesser aufweist, ist ein besonders effektiver Motorbetrieb gewährleistet. Die Spulenwicklungen der ersten Spulensorte sind hierbei vorzugsweise im Dreieck und die Spulenwicklungen der zweiten Spulensorte insbesondere im Stern verschaltet.
• Durch diese Ausführung ergibt sich bei der Verwendung der kombinierten Stern-Dreieckschaltung in den Spulenwicklungen des Sterns und des Dreiecks im Betrieb des Elektromotors jeweils die gleiche elektromagnetische Kraft (EMK, EMF). Mit anderen Worten sind sowohl die Phasenlage als auch die Amplitude der induzierten Spannungen und Ströme im Wesentlichen identisch. Somit wird der magnetische Kreis der Drehfeldwicklung zumindest annähernd symmetrische belastet, wobei jede Spule beziehungsweise Spulenwicklung optimal bestromt wird.
• Im Vergleich zu einem Elektromotor, welcher lediglich eine Stern- oder eine Dreieckschaltung aufweist, ergibt sich somit eine Leistungssteigerung von etwa 3,5%. Des Weiteren wird die Drehmomentwelligkeit im Betrieb verbessert, da die sechste Ordnung der Drehmomentharmonischen im Wesentlichen vollständig reduziert wird. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft das akustische Verhalten des Elektromotors, sodass eine geringere Geräuschentwicklung auftritt. Dies ist insbesondere in einer Anwendung des Elektromotors in einem elektrischen oder elektromotorischen Antrieb nahe einem Fahrzeuginnenraum, wie beispielsweise bei einem Lüftermotor, vorteilhaft.
• In einer zweckdienlichen Ausgestaltung weist der Stator ein Statorblechpaket mit einem Statorstern und mit einen mit dem Statorstern verpressten hohlzylindrischen Statorjoch auf, wobei die Statorzähne des Stators (radial) nach außen gerichtet sind. Dadurch ist ein einfacher und kostengünstiger Stator realisiert. Bei der Montage werden zunächst die Statorzähne von außen mit den Spulenwicklungen der ersten und zweiten Sorte bewickelt und anschließend das Statorjoch aufgepresst. Mit anderen Worten werden in einem Fügeprozess während eines Pressvorgangs der mit den Spulen versehene Statorstern und das Statorjoch unter Bildung der Verbindungstellen zwischen den Zahnspitzen der Statorzähne und dem Statorjoch miteinander gefügt. Dadurch ist während des Bewickelns ein erleichterter Zugang zu den Statorzähnen gewährleistet, wodurch sich die Bestückung mit den Spulen beziehungsweise Spulenwicklungen vereinfacht.
• Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Spulenwicklungen auf Spulenkörper aufgebracht und diese auf die Statorzähne aufgesetzt sind. Mit anderen Worten sind die Spulenwicklungen jeweils um einen den jeweiligen Statorzahn umgreifenden Spulenkörper gewickelt. Der vorzugsweise aus einem isolierenden Material hergestellte Spulenkörper ist beispielsweise ein einteiliger oder mehrteiliger, etwa rechteckiger Rohrabschnitt. Der Spulenkörper weist vorzugsweise stirnseitige, dass heißt senkrecht zur Zahnlängsrichtung gerichtete, Flanschkragen auf, zwischen denen der vorhandene Wickelraum begrenzt ist. Der Spulenkörper verhindert somit ein Heruntergleiten der Drehfeldwicklung von den Zähnen des Stators. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Spulenkörper zunächst als einzelne Segmente bewickelt werden, und anschließend auf die Statorzähne aufgesetzt werden. Alternativ sind die Spulenkörper der Statorzähne beispielsweise durch einstückige Verlege- oder Verschaltungsringe gebildet, welche stirnseitig auf das Statorblechpaket vor dem Bewickeln aufgesetzt sind.
• In einer besonders betriebssicheren Ausgestaltung weist der Stator mindestens zwei redundante Drehfeldwicklungen auf. Dadurch ist ein redundantes System mit zwei im Wesentlichen unabhängigen Drehfeldwicklungen beziehungsweise Drehfeldkreisen realisiert, welche von einer Motorsteuerung getrennt voneinander ansteuerbar sind. Dadurch ist ein ausfallssicherer Elektromotor bereitgestellt, der bei einem Fehler oder Ausfall einer Drehfeldwicklung beispielsweise mit einer reduzierten Leistung mit der zweiten Drehfeldwicklung betreibbar ist.
• In einer bevorzugten Anwendung ist der Stator Teil eines Elektromotors, insbesondere für einen elektrischen oder elektromotorischen Verstell- oder Lüfterantrieb eines Kraftfahrzeugs. Der vorzugsweise bürstenlose Elektromotor umfasst ein zylinderförmiges Motorgehäuse, welches den Stator im Wesentlichen formschlüssig aufnimmt. Innerhalb des Stators ist ein Rotor zusammen mit einer rotorfesten Motorwelle drehbeweglich angeordnet. Zum Zwecke einer Ankopplung, beispielsweise an ein Antriebsteil, ist die Motorwelle unter Bildung eines Wellenzapfens auf einer Gehäusestirnseite des Elektromotors herausgeführt. Durch den erfindungsgemäßen Stator ist ein besonders zuverlässiger und effektiver Elektromotor realisiert.
• Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in vereinfachten und schematischen Darstellungen:
• 1 in Perspektive einen Statorstern mit radialen Statorzähnen,
• 2 in Perspektive einen Stator mit in ein zylinderförmiges Statorjoch eingesetzten Statorstern mit auf den Statorzähnen aufgesteckten, bewickelten Spulenkörpern,
• 3 in Draufsicht einen Schnitt durch den Stator gemäß 2,
• 4 in Blockdarstellung eine Verschaltung der Spulenwicklungen des Stators in einer Stern-Dreieckschaltung,
• 5 in Blockdarstellung eine Verschaltung der Spulenwicklungen des Stators in zwei redundanten Stern-Dreieckschaltungen, und
• 6 in Blockdarstellung eine Verschaltung der Spulenwicklungen des Stators mit zwei redundanten Dreieckschaltungen und zwei redundanten Sternschaltungen.
• Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt eine nachfolgend als Statorstern 2 bezeichnete sternförmige Statorkomponente, die im Ausführungsbeispiel als Blechpaket aus in Lagen übereinander gestapelten Statorblechen 4 hergestellt ist. Die Statorbleche 4 sind unter Bildung einer zentralen, zylindrischen Öffnung 6 als Statorbohrung in einer Stapelrichtung 8 aufeinander geschichtet und beispielsweise miteinander verprägt oder stanzpakettiert. Der Statorstern 2 ist Teil eines in 2 ausschnittsweise gezeigten bewickelten Stators 10 eines nicht näher dargestellten Elektromotors. Das Blechpaket des Statorsterns 2 schließt an dessen Oberseite 12 und an dessen Unterseite 14 vorzugsweise jeweils mit mindestens einem in Umfangrichtung geschlossenen Statorblech 4 ab.
• Der Statorstern 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwölf radial nach außen verlaufende Statorzähne 16, die an der radial zur Mitte gelegenen Innenseite einen zylinderförmigen Polschuh 18 bilden. Die Statorzähne 16 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Der Polschuh 18, der dem in Montagezustand einem Rotor des Elektromotors zugewandt ist, ist in Stapelrichtung 8 unter Bildung von polschuhseitigen Lücken 20 nur teilweise umfangsseitig geschlossen, um einen magnetischen Kurzschluss zu verringern. Die Statorzähne 16 sind freiendseitig mit keilförmigen Zahnspitzen 22 unter Bildung von links und rechts eines Zahnspitzengrades befindlichen Anlageflächen 24 versehen.
• Die 2 und 3 zeigen den Stator 10, der aus dem Statorstern 2 und einem Statorjoch 26 aufgrund eines Pressvorgangs kraft-/reibschlüssig gefügt ist. Das Statorjoch 26 ist aus aufeinander gestapelten Rückschlussringblechen oder Statorblechen 28 gefertigt. Im Montagezustand sind die in der 2 und 3 sichtbaren Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘ um die Statorzähne 16 des Statorstern 2 gelegt. Die Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘ werden vor dem Fügen des Statorsterns 2 und des Statorjochs 26 als (Einzel-)Spulen auf Spulen- oder Wicklungskörper (Spulenträger) 36 gewickelt und mit diesen auf die Statorzähne 16 aufgesetzt.
• Jeder der rahmenartigen Spulenkörper 36 trägt eine Spule oder Spulenwicklung 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘ als Teil mindestens einer Stator- beziehungsweise Drehfeldwicklung 38. Die Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘ sind jeweils über zwei Spulenenden 40, 42, 44, 46 kontaktierbar, wobei die Spulenwicklung 30, 30‘, 32, 32‘, 34 und 34‘ die Spulenenden 40 und 42 und die Spulenwicklung A, A‘, B, B‘, C und C‘ die Spulenenden 44 und 46 aufweisen.
• Die insgesamt jeweils zwölf dargestellten Spulenenden 40 und 42 sowie 44 und 46 in der 2 sind zur weiteren Kontaktierung durch ein nicht näher dargestelltes Verschaltungselement axial, das bedeutet in Axialrichtung M (Richtung der Motorachse) orientiert. Im elektromotorischen Betrieb erzeugen die bestromten Wicklungen das statorseitige Magnetfeld, das in Wechselwirkung mit Permanentmagneten des um die zentrale Stator- oder Motorachse M rotierenden Rotors des bürstenlosen Elektromotors tritt. Das etwa ringförmige Verschaltungselement dient zur Kontaktierung und Verschaltung der Spulenenden 40, 42, 44 und 46 in einer Dreiecks- oder einer Sternschaltung oder einer kombinierten Stern-Dreiecksschaltung (4 bis 6).
• Wie insbesondere in der Schnittdarstellung der 3 erkenntlich wird, weist die Drehfeldwicklung 38 im Wesentlichen zwei Spulentypen oder Spulensorten 47 und 48 auf. Die Spulensorte 47 umfasst hierbei die sechs Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34 und 34‘ und die Spulensorte 48 die sechs Spulenwicklungen A, A‘, B, B‘, C und C‘. Die Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ der Spulensorten 47 und 48 sind hierbei entlang einer Umfangs- oder Azimutalrichtung 50 des Statorsterns 2 beziehungsweise des Stators 10 abwechselnd auf die Statorzähne 16 aufgebracht. Die Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ gleicher Spulensorten 47, 48 liegen sich hierbei paarweise diametral an der Öffnung 6 gegenüber.
• Die Spulenwicklungen A, A‘, B, B‘, C und C‘ der Spulensorte 48 weisen gegenüber den Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34 und 34‘ der Spulensorte 47 einen Spulendraht (Isolierdraht) mit einem vergleichsweise geringen Spulendrahtdurchmesser und höherer Windungszahl auf. Mit andern Worten weisen die Spulenwicklungen A, A‘, B, B‘, C und C‘ der Spulensorte 48 einen dünneren Spulendraht auf, welcher jedoch öfter um den jeweiligen Spulenkörper 36 beziehungsweise Statorzahn 16 gewickelt ist.
• Die Spulenwicklungen A, A‘, B, B‘, C und C‘ der Spulensorte 48 weisen hierbei insbesondere eine Windungsanzahl auf, welche etwa um einen Faktor Wurzel aus Drei ( √3 ) größer als die Windungsanzahl der Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34 und 34‘ der Spulensorte 47 ist. Gleichzeitig weist der als Runddraht ausgestaltete Spulendraht der Spulenwicklungen A, A‘, B, B‘, C und C‘ der Spulensorte 48 insbesondere einen um einen Faktor invers zu Wurzel aus Drei (1 √ 3 ) reduzierten Spulendrahtdurchmesser im Vergleich zu den Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34 und 34‘ der Spulensorte 47 auf.
• Die unterschiedlichen Windungszahlen und Spulendrahtdurchmesser der Spulensorten 47 und 48 sind hierbei insbesondere in einer in 4 dargestellten kombinierten Stern-Dreieckschaltung (YΔ-Schaltung) 52 der insbesondere dreiphasigen Drehfeldwicklung 38 vorteilhaft. Die Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ sind hierbei an drei Motorphasen U, V, W kontaktiert, mit welchem im Betrieb ein dreiphasiger Drehstrom auf die Drehfeldwicklung 38 beaufschlagt wird.
• Die Spulenwicklungen A, A‘, B, B‘, C und C‘ der Spulensorte 48 sind in diesem Ausführungsbeispiel mittels ihrer Spulenenden 44 und 46 im Dreieck geschaltet, wobei an jedem Eckpunkt 54, 56 und 58 ein Spulenpaar der Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34 und 34‘ der Spulensorte 47 verschaltet ist. Mit anderen Worten sind die Eckpunkte 54, 56 und 58 gleichzeitig jeweils als ein Sternpunkt ausgeführt.
• Aufgrund der unterschiedlichen Windungszahlen und Spulendrahtdurchmesser der Spulensorten 47 und 48 werden hierbei im Betrieb des Elektromotors im Wesentlichen gleiche EMKs in den Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ erzeugt. Dadurch wird der magnetische Kreis der Drehfeldwicklung 38 zumindest annähernd symmetrische belastet, wobei jede Spule beziehungsweise Spulenwicklung 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ optimal bestromt wird.
• In der 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel zur Verschaltung der Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei voneinander getrennte, dreiphasige Drehfeldwicklungen 38a und 38b dargestellt. Die Drehfeldwicklungen 38a und 38b sind hierbei als redundant ausgeführte Stern-Dreieckschaltungen 52a beziehungsweise 52b ausgeführt, welche jeweils drei Spulenwicklungen der Spulensorte 47 und 48 umfassen. Die Stern-Dreieckschaltungen 52a und 52b sind hierbei getrennt voneinander ansteuerbar, sodass bei einem Ausfall einer Stern-Dreieckschaltung 52a oder 52b der Elektromotor mit reduzierter Leistung mittels lediglich der jeweils anderen Stern-Dreieckschaltungen 52b beziehungsweise 52a betreibbar ist.
• Die Stern-Dreieckschaltung 52a dient zur Führung dreier Motorphasen U₁, V₁ und W₁. Die Stern-Dreieckschaltung 52a weist hierbei Spulenwicklungen A, B und C der Spulensorte 48 auf, welche in Dreieck geschaltet sind. Die entsprechenden Eck- oder Sternpunkte 54a, 56a und 58a sind jeweils mit einer Spulenwicklung 30, 32 und 34 der Spulensorte 47 kontaktiert.
• Die Stern-Dreieckschaltung 52b ist redundant und komplementär zu der Stern-Dreieckschaltung 52a ausgeführt und dient zur Führung dreier Motorphasen U₂, V₂ und W₂. Die Stern-Dreieckschaltung 52b weist hierbei Spulenwicklungen A‘, B‘ und C‘ der Spulensorte 48 auf, welche in Dreieck geschaltet sind. Die entsprechenden Eck- oder Sternpunkte 54b, 56b und 58b sind jeweils mit einer Spulenwicklung 30‘, 32‘ und 34‘ der Spulensorte 47 kontaktiert.
• In dem Ausführungsbeispiel der 6 sind die Spulenwicklungen 30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C und C‘ als vierfach redundantes Drehfeldsystem ausgeführt. Hierzu sind vier voneinander unabhängige dreiphasige Drehfeldwicklungen 38a, 38b, 38c und 38d vorgesehen, wobei die Drehfeldwicklungen 38a und 38d als Dreieckschaltungen und die Drehfeldwicklungen 38b und 38c als Sternschaltungen ausgeführt sind.
• Die Dreieckschaltung der Drehfeldwicklung 38a umfasst die Spulenwicklungen A, B und C der Spulensorte 48, welche mittels dreier Eckpunkte 60, 62, 64 an die Motorphasen U₁, V₁ und W₁ angeschlossen ist.
• Die Sternschaltung der Drehfeldwicklung 38b umfasst die Spulenwicklungen 30‘, 32‘ und 34‘ der Spulensorte 47, welche mittels eines Sternpunktes 66 zur Führung der Motorphasen U₂, V₂ und W₂ verschaltet sind.
• In der Sternschaltung der Drehfeldwicklung 38c sind die Spulenwicklungen 30, 32 und 34 der Spulensorte 47 mittels eines Sternpunktes 66‘ verschaltet. Die Drehfeldwicklung 38c ist an drei Motorphasen U₃, V₃ und W₃ angeschlossen.
• Die Dreieckschaltung der Drehfeldwicklung 38d ist komplementär zu der Dreieckschaltung der Drehfeldwicklung 38a ausgeführt und umfasst als solche die Spulenwicklungen A‘, B‘ und C‘ der Spulensorte 48. Die die Spulenwicklungen A‘, B‘ und C’ sind hierbei mittels dreier Eckpunkte 60‘, 62‘, 64‘ an die Motorphasen U₄, V₄ und W₄ angeschlossen.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

2

Statorstern

4

Statorblech

6

Öffnung

8

Stapelrichtung

10

Stator

12

Oberseite

14

Unterseite

16

Statorzahn

18

Polschuh

20

Lücke

22

Zahnspitze

24

Anlagefläche

26

Statorjoch

28

Statorblech

30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘

Spulenwicklung

36

Spulenträger/Spulenkörper

38, 38a, 38b, 38c, 38d

Drehfeldwicklung/Statorwicklung

40, 42, 44, 46

Spulenende

47, 48

Spulensorte

50

Umfangsrichtung

52, 52a, 52b

Stern-Dreieckschaltung

54, 54a, 54b

Eckpunkt/Sternpunkt

56, 56a, 56b

Eckpunkt/Sternpunkt

58, 58a, 58b

Eckpunkt/Sternpunkt

60, 60‘, 62, 62‘, 64, 64‘

Eckpunkt

66, 66‘

Sternpunkt

A, A‘, B, B‘, C, C‘

Spulenwicklung

M

Axialrichtung/Motorachse

U, V, W

Motorphase

U₁, V₁, W₁

Motorphase

U₂, V₂, W₂

Motorphase

U₃, V₃, W₃

Motorphase

U₄, V₄, W₄

Motorphase

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102012020109 A1 [0005]

Claims (8)

1. Stator (10) eines Elektromotors mit mindestens einer mehrphasigen Drehfeldwicklung (38, 38a, 38b, 38c, 38d), mit einer geradzahligen Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen (16), auf welche Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) mit zumindest zwei unterschiedlichen Windungszahlen und unterschiedlichem Spulendrahtdurchmesser aufgebracht sind, – wobei Spulenwicklungen (A, A‘, B, B‘, C, C‘) einer ersten Spulensorte (48) eine größere Windungszahl und einen kleineren Spulendrahtdurchmesser aufweisen als die Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘,) einer zweiten Spulensorte (47), – wobei die Statorzähne (16) abwechselnd mit den Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) der ersten und zweiten Spulensorte (47, 48) bestückt sind, und – wobei die Spulenenden (40, 42, 44, 46) der Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) zu der mindestens einen mehrphasigen Drehfeldwicklung (38, 38a, 38b, 38c, 38d) miteinander verschaltet sind.
2. Stator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (A, A‘, B, B‘, C, C‘) der ersten Spulensorte (48) eine Windungszahl aufweisen, die um einen Faktor proportional zur Wurzel aus Drei größer ist als die Windungszahl der Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘) der zweiten Spulensorte (47).
3. Stator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendrahtdurchmessers der Spulenwicklungen (A, A‘, B, B‘, C, C‘) der ersten Spulensorte (48) um einen Faktor invers proportional zur Wurzel aus Drei kleiner ist als der Spulendrahtdurchmessers der Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘) der zweiten Spulensorte (47).
4. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) in einer kombinierten Stern-Dreiecksschaltung (52, 52a, 52b) zu einer dreiphasigen Drehfeldwicklung (38, 38a, 38b) miteinander verschaltet sind.
5. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Statorblechpaket mit einem Statorstern (2) mit nach außen gerichteten Statorzähnen (16) und mit einem mit Statorstern (2) verpressten Statorjoch (26) vorgesehen ist.
6. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (30, 30‘, 32, 32‘, 34, 34‘, A, A‘, B, B‘, C, C‘) auf Spulenkörper (36) aufgebracht und diese auf die Statorzähne (16) aufgesetzt sind.
7. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens zwei redundanten Drehfeldwicklungen (38a, 38b, 38c, 38d).
8. Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

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